JoVE Journal > Neuroscience
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Neuroscience

Groepssynchronisatie tijdens gezamenlijk tekenen met behulp van functionele nabij-infraroodspectroscopie

Published: August 05, 2022
doi:
10.3791/63675
, , , ,
1Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE)

Summary

Het huidige protocol combineert functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS) en videogebaseerde observatie om interpersoonlijke synchronisatie in kwartetten te meten tijdens een gezamenlijke tekentaak.

Abstract

Functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS) is een niet-invasieve methode die bijzonder geschikt is voor het meten van cerebrale cortexactivering bij meerdere proefpersonen, wat relevant is voor het bestuderen van groepsinterpersoonlijke interacties in ecologische omgevingen. Hoewel veel fNIRS-systemen technisch gezien de mogelijkheid bieden om meer dan twee personen tegelijkertijd te monitoren, is het nog steeds nodig om eenvoudig te implementeren installatieprocedures en betrouwbare paradigma’s vast te stellen om hemodynamische en gedragsreacties in groepsinteractie te volgen. Het huidige protocol combineert fNIRS en video-gebaseerde observatie om interpersoonlijke synchronisatie in kwartetten te meten tijdens een coöperatieve taak. Dit protocol biedt praktische aanbevelingen voor data-acquisitie en paradigma-ontwerp, evenals leidende principes voor een illustratief voorbeeld van gegevensanalyse. De procedure is ontworpen om verschillen in hersenen en gedrag interpersoonlijke reacties tussen sociale en niet-sociale omstandigheden te beoordelen, geïnspireerd door een bekende ijsbrekeractiviteit, de Collaborative Face Drawing Task. De beschreven procedures kunnen toekomstige studies begeleiden om groeps naturalistische sociale interactieactiviteiten aan te passen aan de fNIRS-omgeving.

Introduction

Interpersoonlijk interactiegedrag is een belangrijk onderdeel van het proces van verbinden en het creëren van empathische banden. Eerder onderzoek geeft aan dat dit gedrag tot uiting kan komen in het optreden van synchroniciteit, wanneer biologische en gedragssignalen op één lijn liggen tijdens sociaal contact. Er zijn aanwijzingen dat synchroniciteit kan optreden tussen mensen die voor het eerst interactie hebben 1,2,3. De meeste studies over sociale interacties en hun onderliggende neurale mechanismen gebruiken een enkele persoon of tweede persoon benadering 2,4, en er is weinig bekend over het omzetten van deze kennis naar groepssociale dynamiek. Het evalueren van interpersoonlijke reacties in groepen van drie of meer individuen is nog steeds een uitdaging voor wetenschappelijk onderzoek. Dit leidt tot de noodzaak om de complexe omgeving van sociale interacties in alledaagse mensen onder naturalistische omstandigheden naar het laboratorium te brengen5.

In deze context is de functionele near-infrared spectroscopy (fNIRS) techniek een veelbelovend hulpmiddel voor het beoordelen van de relaties tussen interpersoonlijke interactie in naturalistische contexten en de hersencorrelen. Het presenteert minder beperkingen op de mobiliteit van deelnemers in vergelijking met functionele magnetische resonantie beeldvorming (fMRI) en is bestand tegen bewegingsartefacten 6,7. De fNIRS-techniek werkt door hemodynamische effecten te beoordelen als reactie op hersenactivatie (veranderingen in de bloedconcentratie van zuurstofrijk en gedeoxygeneerd hemoglobine). Deze variaties kunnen worden gemeten aan de hand van de hoeveelheid diffusie van infrarood licht door hoofdhuidweefsel. Eerdere studies hebben de flexibiliteit en robuustheid van de techniek aangetoond in ecologische hyperscanning-experimenten en het potentieel om kennis in de toegepaste neurowetenschappen uit te breiden 6,8.

De keuze van een experimentele taak voor de naturalistische beoordeling van de neurale correlaten van sociale interactieprocessen in groepen is een cruciale stap in de benadering van toegepaste neurowetenschappelijke studies9. Enkele voorbeelden die al in de literatuur zijn gemeld met het gebruik van fNIRS in groepsparadigma’s zijn muziekprestaties 10,11,12, interactie in de klas 8 en communicatie 13,14,15,16,17.

Een van de aspecten die nog niet door eerdere studies zijn onderzocht, is het gebruik van tekenspellen die als belangrijkste kenmerk de manipulatie van empathische componenten hebben om sociale interactie te beoordelen. In deze context is een van de spellen die vaak worden gebruikt om sociale interactie in dynamiek tussen vreemden op te wekken, het collaboratieve tekenspel18,19. In dit spel worden vellen papier in gelijke delen verdeeld en worden de groepsdeelnemers uitgedaagd om gedeelde zelfportretten van alle leden te tekenen. Uiteindelijk laat elk lid zijn portret op een collaboratieve manier door meerdere handen tekenen.

Het doel is om snelle integratie tussen vreemden te bevorderen, uitgelokt door visuele aandacht te richten op de gezichten van de groepspartners. Het kan worden beschouwd als een “ijsbrekende” activiteit vanwege het vermogen om nieuwsgierigheid en daaruit voortvloeiende empathische processen onder de ledente ondersteunen 19.

Een van de voordelen van het gebruik van tekentaken is hun eenvoud en reproductiegemak20. Ze vereisen ook geen specifieke technische training of vaardigheden, zoals te zien is in de studies met behulp van muzikale prestatieparadigma’s 21,22,23,24. Deze eenvoud maakt het ook mogelijk om te kiezen voor een meer naturalistische stimulus binnen een sociale context 4,9,25.

Naast het feit dat het een instrument is voor het induceren van sociaal gedrag in groepen, wordt tekenen ook beschouwd als een hulpmiddel voor psychologische evaluatie26. Sommige grafisch-projectieve psychologische tests, zoals House-Tree-Person (HTP)27,28,29, Human Figure Drawing – Sisto Scale27 en Kinetic Family Drawing30 worden op een complementaire manier gebruikt voor kwalitatieve en kwantitatieve diagnoses. Hun resultaten drukken meestal onbewuste processen uit en geven aanwijzingen over het symbolische systeem van het individu en daarom hun interpretaties van de wereld, ervaringen, genegenheden, enz.

De praktijk van tekenen zet je aan het denken en helpt betekenis te creëren voor ervaringen en dingen, door sensaties, gevoelens, gedachten en acties toete voegen 31. Het geeft aanwijzingen over hoe deze levenservaringen waar te nemen en te verwerken26. Tekenen maakt gebruik van visuele codes om iemand in staat te stellen gedachten of gevoelens te begrijpen en te communiceren, waardoor ze toegankelijk worden voor manipulatie en zo de mogelijkheid creëren voor nieuwe ideeën en lezingen31.

In kunsttherapie is tekenen een hulpmiddel om te werken aan aandacht, geheugen en organisatie van gedachten en gevoelens32, en het kan worden gebruikt als middel om sociale interactie te produceren33.

Deze studie was gericht op het ontwikkelen van een naturalistisch experimenteel protocol om vasculaire en gedragsmatige hersenreacties te beoordelen tijdens interpersoonlijke interactie in kwartetten met behulp van een collaboratieve tekendynamiek. In dit protocol wordt de evaluatie van de hersenreacties van het kwartet (individueel en de synchroniciteit tussen partners) en de mogelijke uitkomstmaten, zoals gedragsmaatregelen (teken- en kijkgedrag) voorgesteld. Het doel is om meer informatie te geven over sociale neurowetenschappen.

Protocol

De methodologie werd goedgekeurd door de ethische commissie van het Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) en is gebaseerd op een procedure voor het verzamelen van neurale gegevens (fNIRS), evenals gegevens over kijkgedrag, met jonge volwassenen tijdens een gezamenlijke tekenervaring. Alle verzamelde gegevens werden beheerd op het Redcap-platform (zie Materiaalopgave). Het project werd gecontroleerd door de Scientific Integrity Committee van het Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE). Jongvolwassen…

Representative Results

Het protocol werd toegepast op een kwartet bestaande uit jonge vrouwen (24-27 jaar oud), allemaal studenten aan postdoctorale programma’s (Hospital Israelita Albert Einstein, São Paulo, Brazilië), met een master- of doctoraatsopleiding. Alle deelnemers waren rechtshandig en slechts één meldde eerdere tekenervaring te hebben. Geen van de deelnemers had een gemelde voorgeschiedenis van neurologische aandoeningen. Voor de schalen en psychologische testresultaten toonden twee deelnemers (2 en …

Discussion

Deze studie was gericht op het creëren van een protocol met behulp van hyperscanning op vier hersenen tegelijkertijd onder naturalistische omstandigheden. Het experimentele paradigma gebruikte verschillende tekentaken en de correlatie van meerdere uitkomstmaten, tekenstatistieken, gedrag en hersensignalen. De cruciale stappen binnen dit protocol zijn de overweging van de uitdagingen die voortvloeien uit de hoge complexiteit en het behoud van de ecologische en naturalistische omstandigheden.

V…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

De auteurs bedanken Instituto do Cérebro (InCe-IIEP) en Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) voor deze studieondersteuning. Speciale dank aan José Belém de Oliveira Neto voor het Engels proeflezen van dit artikel.

Materials

2 NIRSport  NIRx Medizintechnik GmbH, Germany Nirsport 88 The equipment belong to InCe ( Instituto do Cérebro – Hospital Israelita Albert Einstein). two continuous-wave systems (NIRSport8x8, NIRx Medical Technologies, Glen Head, NY, USA) with eight LED illumination sources emitting two wavelengths of near-infrared light (760 and 850 nm) and eight optical detectors each. 7.91 Hz. Data were acquired with the NIRStar software version 15.2  (NIRx Medical Technologies, Glen Head, New York) at a sampling rate of 3.472222.
4 fNIRS caps NIRx Medizintechnik GmbH, Germany The blackcaps used in the recordings had a configuration based on the international 10-20
Câmera 360° – Kodak Pix Pro SP360 Kodak Kodak PixPro: https://kodakpixpro.com/cameras/360-vr/sp360
Cameras de suporte – Iphone 8 Apple Iphone 8 Supporting Camera
fOLD toolbox (fNIRS Optodes’ Location Decider) Zimeo Morais, G.A., Balardin, J.B. & Sato, J.R. fNIRS Optodes’ Location Decider (fOLD): a toolbox for probe arrangement guided by brain regions-of-interest. Scientific Reports. 8, 3341 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-21716-z Version 2.2 (https://github.com/nirx/fOLD-public) Optodes placement was guided by the fOLD toolbox (fNIRS Optodes’ Location Decider, which allows placement of sources and detectors in the international 10–10 system to maximally cover anatomical regions of interest according to several parcellation atlases. The ICBM 152 head model  parcellation was used to generate the montage, which was designed to provide coverage of the most anterior portion of the bilateral prefrontal cortex
Notebook Microsoft Surface Microsoft Notebook receiver of the fNIRS signals
R platform for statistical computing  https://www.r-project.org  R version 4.2.0 R is a free software environment for statistical computing and graphics. It compiles and runs on a wide variety of UNIX platforms, Windows and MacOS
REDCap REDCap is supported in part by the National Institutes of Health (NIH/NCATS UL1 TR000445) REDCap is a secure web application for building and managing online surveys and databases.
software Mangold Interact Mangold International GmbH, Ed.  interact 5.0 Mangold: https://www.mangold-international.com/en/products/software/behavior-research-with-mangold-interact.html. Allows analysis of videos for behavioral outcomes and of autonomic monitoring for emotionally driven physiological changes (may require additional software, such as DataView). Allow the use of different camera types simultaneously and hundreds of variations of coding methods.
software NIRSite NIRx Medizintechnik GmbH, Germany NIRSite 2.0 For creating the montage and help optode placement and location in the blackcaps.
software nirsLAB-2014 NIRx Medizintechnik GmbH, Germany nirsLAB 2014 fNIRS Data Processing
software NIRStar NIRx Medizintechnik GmbH, Germany version 15.2  for fNIRS data aquisition: NIRStar software version 15.2  at a sampling rate of 3.472222
software NIRStim NIRx Medizintechnik GmbH, Germany  For creation and organization of paradigm blocks
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Feldman, R. The neurobiology of human attachments. Trends in Cognitive Sciences. 21 (2), 80-99 (2017).
  2. Hove, M. J., Risen, J. L. It’s all in the timing: Interpersonal synchrony increases affiliation. Social Cognition. 27 (6), 949-960 (2009).
  3. Long, M., Verbeke, W., Ein-Dor, T., Vrtička, P. A functional neuro-anatomical model of human attachment (NAMA): Insights from first- and second-person social neuroscience. Cortex. 126, 281-321 (2020).
  4. Redcay, E., Schilbach, L. Using second-person neuroscience to elucidate the mechanisms of social interaction. Nature Reviews Neuroscience. 20 (8), 495-505 (2019).
  5. Babiloni, F., Astolfi, L. Social neuroscience and hyperscanning techniques: Past, present and future. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 44, 76-93 (2014).
  6. Balardin, J. B., et al. Imaging brain function with functional near-infrared spectroscopy in unconstrained environments. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 1-7 (2017).
  7. Scholkmann, F., Holper, L., Wolf, U., Wolf, M. A new methodical approach in neuroscience: Assessing inter-personal brain coupling using functional near-infrared imaging (fNIRI) hyperscanning. Frontiers in Human Neuroscience. 7, 1-6 (2013).
  8. Brockington, G., et al. From the laboratory to the classroom: The potential of functional near-infrared spectroscopy in educational neuroscience. Frontiers in Psychology. 9, 1-7 (2018).
  9. Sonkusare, S., Breakspear, M., Guo, C. Naturalistic stimuli in neuroscience: Critically acclaimed. Trends in Cognitive Sciences. 23 (8), 699-714 (2019).
  10. Duan, L., et al. Cluster imaging of multi-brain networks (CIMBN): A general framework for hyperscanning and modeling a group of interacting brains. Frontiers in Neuroscience. 9, 1-8 (2015).
  11. Ikeda, S., et al. Steady beat sound facilitates both coordinated group walking and inter-subject neural synchrony. Frontiers in Human Neuroscience. 11 (147), 1-10 (2017).
  12. Liu, T., Duan, L., Dai, R., Pelowski, M., Zhu, C. Team-work, team-brain: Exploring synchrony and team interdependence in a nine-person drumming task via multiparticipant hyperscanning and inter-brain network topology with fNIRS. NeuroImage. 237, 118147 (2021).
  13. Jiang, J., et al. Leader emergence through interpersonal neural synchronization. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (14), 4274-4279 (2015).
  14. Nozawa, T., et al. Interpersonal frontopolar neural synchronization in group communication: An exploration toward fNIRS hyperscanning of natural interactions. Neuroimage. 133, 484-497 (2016).
  15. Dai, B., et al. Neural mechanisms for selectively tuning in to the target speaker in a naturalistic noisy situation. Nature Communications. 9 (1), 2405 (2018).
  16. Lu, K., Qiao, X., Hao, N. Praising or keeping silent on partner’s ideas: Leading brainstorming in particular ways. Neuropsychologia. 124, 19-30 (2019).
  17. Lu, K., Hao, N. When do we fall in neural synchrony with others. Social Cognitive and Affective Neuroscience. 14 (3), 253-261 (2019).
  18. Edwards, B. . Drawing on the Right Side of the Brain: The Definitive, 4th Edition. , (2012).
  19. Hass-Cohen, N., Findlay, J. C. . Art Therapy & The Neuroscience of Relationship, Creativity, &Resiliency. Skills and Practices. , (2015).
  20. Maekawa, L. N., de Angelis, M. A. A percepção figura-fundo em paciente com traumatismo crânio-encefálico. Arte-Reabilitação. , 57-68 (2011).
  21. Babiloni, C., et al. Simultaneous recording of electroencephalographic data in musicians playing in ensemble. Cortex. 47 (9), 1082-1090 (2011).
  22. Babiloni, C., et al. Brains "in concert": Frontal oscillatory alpha rhythms and empathy in professional musicians. NeuroImage. 60 (1), 105-116 (2012).
  23. Müller, V., Lindenberger, U. Cardiac and respiratory patterns synchronize between persons during choir singing. PLoS ONE. 6 (9), 24893 (2011).
  24. Greco, A., et al. EEG Hyperconnectivity Study on Saxophone Quartet Playing in Ensemble. Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2018, 1015-1018 (2018).
  25. Osborne-Crowley, K. Social Cognition in the real world: Reconnecting the study of social cognition with social reality. Review of General Psychology. 24 (2), 144-158 (2020).
  26. Kantrowitz, A., Brew, A., Fava, M. . Proceedings of an interdisciplinary symposium on drawing, cognition and education. , 95-102 (2012).
  27. Petersen, C. S., Wainer, R. . Terapias Cognitivo-Comportamentais para Crianças e Adolescentes. , (2011).
  28. Sheng, L., Yang, G., Pan, Q., Xia, C., Zhao, L. Synthetic house-tree-person drawing test: A new method for screening anxiety in cancer patients. Journal of Oncology. 2019, 5062394 (2019).
  29. Li, C. Y., Chen, T. J., Helfrich, C., Pan, A. W. The development of a scoring system for the kinetic house-tree-person drawing test. Hong Kong Journal of Occupational Therapy. 21 (2), 72-79 (2011).
  30. Ferreira Barros Klumpp, C., Vilar, M., Pereira, M., Siqueirade de Andrade, M. Estudos de fidedignidade para o desenho da família cinética. Revista Avaliação Psicológica. 19 (1), 48-55 (2020).
  31. Adams, E. Drawing to learn learning to draw. TEA: Thinking Expression Action. , (2013).
  32. Bernardo, P. P. . A Prática da Arteterapia. Correlações entre temas e recursos. Vol 1. , (2008).
  33. Cheng, X., Li, X., Hu, Y. Synchronous brain activity during cooperative exchange depends on gender of partner: AfNIRS-based hyperscanning study. Human Brain Mapping. 36 (6), 2039-2048 (2015).
  34. Baker, J., et al. Sex differences in neural and behavioral signatures of cooperation revealed by fNIRS hyperscanning. Scientific Reports. 6, 1-11 (2016).
  35. Bowie, C. R., Harvey, P. D. Administration and interpretation of the Trail Making Test. Nature Protocols. 1 (5), 2277-2281 (2006).
  36. Valenzuela, M. J., Sachdev, P. Brain reserve and dementia: A systematic review. Psychological Medicine. 4 (36), 441-454 (2006).
  37. Johnson, D. K., Storandt, M., Morris, J. C., Galvin, J. E. Longitudinal study of the transition from healthy aging to Alzheimer disease. Archives of Neurology. 66 (10), 1254-1259 (2009).
  38. Risco, E., Richardson, D. C., Kingstone, A. The dual function of gaze. Current Directions in Psychological Science. 25 (1), 70-74 (2016).
  39. Capozzi, F., et al. Tracking the Leader: Gaze Behavior in Group Interactions. iScience. 16, 242-249 (2019).
  40. Cavallo, A., et al. When gaze opens the channel for communication: Integrative role of IFG and MPFC. NeuroImage. 119, 63-69 (2015).
  41. Kauffeld, S., Meyers, R. A. Complaint and solution-oriented circles: Interaction patterns in work group discussions. European Journal of Work and Organizational Psychology. 18 (3), 267-294 (2009).
  42. Gowen, E., Miall, R. C. Eye-hand interactions in tracing and drawing tasks. Human Movement Science. 25 (4-5), 568-585 (2006).
  43. Marcolino, J., Suzuki, F., Alli, L., Gozzani, J., Mathias, L. Medida da ansiedade e da depressão em pacientes no pré-operatório. Estudo comparativo. Revista Brasileira Anestesiologia. 57 (2), 157-166 (2007).
  44. del Prette, Z., del Prette, A., del Prette, Z., del Prette, A. . Inventario de Habilidades Sociais. , (2009).
  45. Mattos, P., et al. Artigo Original: Adaptação transcultural para o português da escala Adult Self-Report Scale para avaliação do transtorno de déficit de atenção/hiperatividade (TDAH) em adultos. Revista de Psiquiatria Clinica. 33 (4), 188-194 (2006).
  46. Zimeo Morais, G. A., Balardin, J. B., Sato, J. R. fNIRS Optodes’ Location Decider (fOLD): A toolbox for probe arrangement guided by brain regions-of-interest. Scientific Reports. 8 (1), 3341 (2018).
  47. Davidson, R. J. What does the prefrontal cortex "do" in affect: Perspectives on frontal EEG asymmetry research. Biological Psychology. 67 (1-2), 219-233 (2004).
  48. Hessels, R. S. How does gaze to faces support face-to-face interaction? A review and perspective. Psychonomic Bulletin and Review. 27 (5), 856-881 (2020).
  49. Mangold, P. Discover the invisible through tool-supported scientific observation: A best practice guide to video-supported behavior observation. Mindful Evolution. Conference Proceedings. , (2018).
  50. Kandel, E. R. . The Age of Insight. The quest to understand the unconscious in art, mind and brain from Vienna 1900 to the present. , (2012).
  51. Miall, R. C., Nam, S. H., Tchalenko, J. The influence of stimulus format on drawing-A functional imaging study of decision making in portrait drawing. Neuroimage. 102, 608-619 (2014).
  52. Gombrich, E. H. . Art and Illusion: A study in the psychology of pictorial representation. 6th ed. , (2002).
  53. Kirsch, W., Kunde, W. The size of attentional focus modulates the perception of object location. Vision Research. 179, 1-8 (2021).
  54. Deubel, H., Schneidert, W. X. Saccade target selection and object recognition: Evidence for a common attentional mechanism. Vision Research. 36 (12), 1827-1837 (1996).
  55. Tchalenko, J. Eye movements in drawing simple lines. Perception. 36 (8), 1152-1167 (2007).
  56. Perdreau, F., Cavanagh, P. The artist’s advantage: Better integration of object information across eye movements. iPerceptions. 4 (6), 380-395 (2013).
  57. Quaresima, V., Bisconti, S., Ferrari, M. A brief review on the use of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) for language imaging studies in human newborns and adults. Brain and Language. 121 (2), 79-89 (2012).
  58. Holleman, G. A., Hessels, R. S., Kemner, C., Hooge, I. T. Implying social interaction and its influence on gaze behavior to the eyes. PLoS One. 15 (2), 0229203 (2020).
  59. Dikker, S., et al. Brain-to-brain synchrony tracks real-world dynamic group interactions in the classroom. Current Biology. 27 (9), 1375-1380 (2017).
  60. Gangopadhyay, N., Schilbach, L. Seeing minds: A neurophilosophical investigation of the role of perception-action coupling in social perception. Social Neuroscience. 7 (4), 410-423 (2012).

Tags

Artificial IntelligenceAI Writing AssistantContent GenerationCopywritingText GenerationAI-assisted Writing
check_url/63675?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Gonçalves da Cruz Monteiro, V., Antunes Nascimento, J., Bazán, P. R., Silva Lacerda, S., Bisol Balardin, J. Group Synchronization During Collaborative Drawing Using Functional Near-Infrared Spectroscopy. J. Vis. Exp. (186), e63675, doi:10.3791/63675 (2022).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image